ガンマ 線 カメラで 観 る 放 射 能 汚 染 と 除 染 への 応 用 豊 田 亘 博 (S3 宇 宙 物 理 ) 1
卒 業 後 の 進 路 1965 住 友 化 学 中 央 研 究 所 ( 高 槻 市 )に 配 属 1966 日 本 原 子 力 研 究 所 ( 群 馬 県 高 崎 市 ) 1968 住 友 化 学 中 央 究 所 高 分 子 の 物 性 研 究 高 分 子 の 結 晶 化 1974 Rensselauer Polytechnic Institute(RPI) 米 国 NY 州 に 留 学 1976 住 友 化 学 中 央 研 究 所 4
放 射 線 との 関 わり 1977 日 本 メジフィジックスに 出 向 住 友 化 学 が 米 国 から 放 射 性 医 薬 品 を 製 造 する 技 術 を 導 入 1973 合 弁 会 社 (JV)を 設 立 サイクロトロンで 短 半 減 期 のRIを 生 成 核 医 学 用 の 注 射 剤 を 生 産 し 全 国 で 約 1000の 病 院 に 供 給 JV(50%)の 相 手 先 は 米 国 (MPI) スイス(ロシ ュ) 英 国 (アマシャム) 米 国 (GE)と 変 遷 した が アイソトープ 診 断 薬 では 世 界 のトップメーカ ーに 成 長 7
アイソトープ 検 査 ( 核 医 学 診 断 )
臨 床 用 PET-CT: 全 身 ブドウ 糖 代 謝 高 分 解 能 高 感 度 臨 床 PET 装 置 CT PET-CT PET
腺 癌 FDG-PET: 肺 がんの 診 断 腺 癌 扁 平 上 皮 癌
肺 がんの 診 断 所 属 リンパ 節 転 移 診 断 生 検 対 象 のリンパ 節 の 選 択 遠 隔 転 移 診 断
Single Photon Emission Computed Tomography combined with X-CT (SPECT-CT) Single photon emitting radio-nuclides: 99m Tc, 123 I, 67 Ga, 111 In, 133 Xe More than 5 thousands of patients were studied a year for clinical diagnosis in Osaka University Hospital. 67 Ga-citrate for inflammation, 99m Tc-MDP for bone metabolism 111 In-DTPA for dendritic and/or lymphatic cell migration Hatazawa J, Shimosegawa E, Nakamura Y, Fujino K. 99m Tc-MDP Bone SPECT-CT: Tubercular involvement of the adjacent thoracic vertebrae. In: Delivering the Ultimate Power of Molecular Imaging, Siemens Medical Solution USA, 2009
心 電 図 同 期 SPECT( 治 療 前 ) 2001.2. EDV:102 ml ESV:66 ml EF:35%
健 常 者 の 脳 血 流 分 布
てんかん 99m Tc-ECD SPECT 発 作 時 発 作 間 欠 期
認 知 症 の 脳 血 流 分 布 99m Tc-ECD SPECT アルツハイマー 型 認 知 症 レビー 小 体 病 前 頭 側 頭 型 認 知 症
虚 血 性 脳 血 管 障 害 超 急 性 期 の 脳 血 流 ratio=0.30 ratio=0.50 ratio=0.80 ratio=1.30 梗 塞 ( 再 開 通 後 ) 非 梗 塞 Penumbra( 治 療 対 象 ) 梗 塞 ( 高 度 虚 血 ) Shimosegawa E, Hatazawa J, Inugami A, Fujita H, Ogawa T, Aizawa Y, Kanno I,Okudera T, Uemura K. J Nucl Med 35:1097-1103 1994
慢 性 脳 循 環 障 害 もやもや 病 におけるacetazolamide 負 荷 試 験 (35 歳 女 性 ) 123 I-IMP SPECT( 定 量 ) 安 静 時 acetazolamide 負 荷 後 MRI T 2 強 調 画 像 MRA 初 診 時 1 年 後 初 発 症 状 :2 年 前 より 左 上 肢 の 一 過 性 脱 力 発 作
怖 かった 放 射 線 年 間 の 被 ばく 線 量 上 限 50mSv(5レム)に 近 い 作 業 10 年 間 に 浴 びた 集 積 被 ばく 線 量 135mSv 第 1 種 放 射 線 取 扱 主 任 者 試 験 使 用 する 立 場 と 規 制 する 立 場 の 二 律 背 反
国 家 資 格 ( 放 射 線 取 扱 主 任 者 )の 取 得 と 放 射 線 の 安 全 管 理 1980 第 1 種 放 射 線 取 扱 主 任 者 資 格 を 取 得 日 本 国 内 に 約 5000ある 放 射 線 使 用 事 業 所 日 本 アイソトープ 協 会 放 射 線 取 扱 主 任 者 部 会 歴 代 の 会 長 : 仁 科 芳 男 ( 51) 茅 誠 司 ( 54) 山 村 雄 一 ( 88) 21
茅 誠 司 武 見 太 郎 氏 らと 懇 談
放 射 線 放 射 能 の 発 見 その1 レントゲンによるX 線 の 発 見 (1895 年 ) 1895 年 11 月 8 日 : 放 射 線 の 発 見 ヴィルヘルム コンラッド レントゲン( 独 ) 最 初 のX 線 写 真 初 期 のX 線 装 置 一 式 (1896 年 代 後 半 )
放 射 線 放 射 能 の 発 見 その2 ベクレルによる 放 射 能 の 発 見 (1896 年 ) 1896 年 :ウラン 鉱 石 から 放 射 能 を 発 見 したアンリ ベクレル( 仏 )
エックス 線 診 断 で 助 かった 命 ( 胃 がんの 早 期 発 見 )
開 腹 下 半 分 を 切 除 する 手 術 の 説 明
手 術 から3 年 半 後 のPET 検 査
定 年 退 職 ののち 2002 住 友 化 学 ( 日 本 メジフィジックス)を 定 年 退 職 千 代 田 テクノル(フィルムバッジ ガラスバッジに よる 個 人 被 ばく 線 量 ) 原 子 力 安 全 技 術 センター(RI 施 設 検 査 主 任 者 の 定 期 講 習 ) 大 阪 大 学 核 物 理 研 究 センター( 放 射 線 管 理 ) 2009 南 半 球 一 周 のクルーズ(96 日 間 ) 30
世 界 一 周 クルーズと 自 然 放 射 線
放 射 線 測 定 器 (サーベイメータ) 電 離 箱 式 サーベイメー タ GM 管 式 サーベイメー タ シンチレーション 式 サーベイメータ
世 界 各 地 の 自 然 放 射 線 を 測 定
宇 宙 線 地 球 に 降 り 注 いでいる 宇 宙 放 射 線 の 源 は 銀 河 系 や 他 の 銀 河 から 飛 来 する 銀 河 宇 宙 線 ( GCR)と 太 陽 からの 粒 子 (ほとんどが 陽 子 )の2つ に 大 きく 分 類 される このうち 地 上 で 浴 びる 宇 宙 放 射 線 は エネルギーの 高 いGCR 起 源 のも のである 太 陽 粒 子 は GCRと 比 べてエネル ギーが 低 いため 地 上 にはほとんど 達 すること 宇 宙 線 強 度 の 高 度 によ る 変 化
諏 訪 中 央 病 院 の 鎌 田 實 先 生 と
2011 年 3 月 11 日 以 降 2011 原 子 力 事 故 が 勃 発 放 射 線 被 ばく 対 策 の 最 前 線 に 引 っ 張 り 出 される 2013 ガンマ 線 を 目 で 見 るカメラを 開 発 放 射 性 セシウムによる 汚 染 土 壌 の 減 容 化 効 率 的 な 除 染 の 作 業 方 法 の 研 究 福 島 の 復 旧 復 興 を 支 援 37
事 故 前 の 東 京 電 力 福 島 第 一 原 子 力 発 電 所 (イチエフ) 38
National Institute of Radiological Sciences はじまり 2011 年 3 月 11 日 14:46 震 度 9の 東 日 本 大 震 災 の51 分 後 4 箇 所 の 原 子 力 発 電 所 を 津 波 が 襲 った メルトダウンした1F-1,2,3 号 機 に 焦 点 を 当 てる 女 川 Onagawa NPP unit 1: 524MW unit 2: 825MW unit 3: 825MW 太 平 洋 日 本 海 震 源 地 福 島 第 一 Fukushima Daiichi NPP unit 1: 460MW unit 2: 784MW unit 3: 784MW unit 4: 784MW unit 5: 784MW unit 6: 1,100MW 福 島 第 二 Fukushima Daini NPP unit 1: 1,100MW unit 2: 1,100MW unit 3: 1,100MW unit 4: 1,100MW 炉 心 溶 融 東 海 第 二 Tokai Daini NPP unit 1: 1,100MW 39
Decay heat (MW) 炉 停 止 後 の 冷 却 National Institute of Radiological Sciences 原 子 炉 シャットダウン 後 は 短 半 減 期 核 種 に 起 因 する 膨 大 な 崩 壊 熱 除 去 が 最 も 重 要 な 操 作 となる 原 子 炉 シャットダウンの50 分 後 から 津 波 よる 全 交 流 電 源 喪 失 のためにすべての 冷 却 機 能 が 失 われた Elapsed time from shutdown (hr) 40
National Institute of Radiological Sciences 事 故 拡 大 の 主 因 1 号 機 IC 設 計 時 間 10 時 間 非 常 用 復 水 器 (IC) D/Gが 止 まると フェイルセーフ 機 能 が 働 きこの 弁 は 自 動 閉 となる 状 態 が 判 らないまま ICが 機 能 していると 誤 認 2 号 機 対 策 が 優 先 された 2001 年 の 浜 岡 原 子 力 発 電 所 水 素 爆 発 事 故 に 鑑 み 1 号 機 以 外 のMark-1 型 原 子 炉 からはIC 撤 去 重 力 落 下 RPV 早 期 にメルトダウン 水 素 爆 発 へ PCV PCV 41
National Institute of Radiological Sciences あと 少 し 3/11 10:15 高 圧 電 源 車 12 台 低 圧 電 源 車 7 台 の 到 着 確 認 12:00 2 号 のP/Cに 高 圧 電 源 車 2 台 からケーブル 接 続 完 了 14:10 1 号 のP/Cよりも 先 の 電 源 系 統 への2 号 P/Cからケーブル 接 続 完 了 15:00 高 圧 電 源 車 起 動 15:30 1 2 号 機 に 送 電 開 始 15:36 1 号 機 水 素 爆 発 により 送 電 停 止 接 続 済 のケーブル 損 傷 42
National Institute of Radiological Sciences 2 度 のチャンスを 逃 した2 号 機 11:00 ベントライン 構 成 完 了 12:05 消 防 車 による 海 水 注 入 ライン 構 成 完 了 3/14 3/15 11:01 3 号 機 の 水 素 爆 発 により 海 水 注 入 ラインが 損 傷 13:25 RCIC 停 止 ( 約 3 日 間 稼 働 ) RCIC 稼 働 中 に 炉 心 圧 力 を 下 げ 消 防 車 での 注 水 に 切 り 替 えるべきであったが 3 号 機 爆 発 により 消 防 車 が 破 損 している 事 を 考 えると 結 果 は 同 じであったかもしれない 17:17: メルトダウン 19:02: メルトスルー(75 気 圧 から7 気 圧 ) 19:54: 消 防 車 で 炉 心 に 海 水 注 入 開 始 6:14: 大 きな 衝 撃 音 と 振 動 が 発 生 S/C 圧 力 低 下 最 大 の 汚 染 源 に 43
National Institute of Radiological Sciences 状 況 が 把 握 出 来 ていた3 号 機 だが 3/12 3/13 3/14 11:36 RCIC 自 動 停 止 12:35 HPCI 自 動 起 動 02:42 HPCI 手 動 停 止 (DDFP 代 替 注 水 のため) 02:45 原 子 炉 減 圧 失 敗 (SRV 動 作 せず) 03:35 HPCI 再 起 動 失 敗 (バッテリー 不 足 ) 05:10 RCIC 再 起 動 失 敗 09:08 原 子 炉 減 圧 (SRV 動 作 ) 09:25 消 防 車 による 淡 水 注 入 開 始 11:01: 水 素 爆 発 44
初 期 プルームの 動 き National Institute of Radiological Sciences 南 相 馬 8 時 間 後 45
National Institute of Radiological Sciences 最 大 の 汚 染 を 引 き 起 こした3 月 15 日 のプルーム 福 島 飯 館 川 俣 雨 いわき 晴 7 時 間 後 風 向 きの 変 化 46
想 定 された 最 悪 のシナリオ 47
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汚 染 土 壌 の 減 容 化 技 術 の 必 要 性 環 境 省, 地 方 自 治 体 の 除 染 目 標 追 加 被 ばく 線 量 1 msv/year 以 下 主 な 除 染 方 法 : 線 量 の 高 い 汚 染 地 域 の 表 土 剥 ぎ 取 り 樹 木 の 下 枝 の 伐 採 発 生 する 汚 染 土 壌 の 量 : 1μSv/h 以 上 の 土 地 面 積 の 表 土 5 cmの 剥 ぎ 取 り 処 理 を 行 った 場 合 約 1.2 億 m 3 ( 日 本 全 国 の 一 般 廃 棄 物 の 最 終 処 分 場 の 残 余 容 量 に 相 当 ) 農 地 だけが 除 染 対 象 となる 場 合 でも, 1000 万 m 3 を 超 える 大 量 の 汚 染 土 壌 が 発 生 汚 染 土 壌 の 減 容 化 が 必 須 51
汚 染 廃 棄 物 の 仮 置 き 場 ( 双 葉 郡 広 野 町 付 近 ) 2014.3.27 撮 影
津 波 の 影 響 は 比 較 的 少 ないが 線 量 の 高 い 地 域 ( 飯 館 村 ) 震 災 前 現 在 (2014/9/17) 福 島 県 飯 舘 村 HPより 昼 間 は 立 入 可 能 であるが 夜 間 は 立 ち 入 りできない 店 舗 などもほとんど 閉 鎖, 家 にも 人 気 がなく, 除 染 関 係 者 が 除 染 を 進 めている 仮 置 き 場 仮 仮 置 き 場 が 至 る 所 に 点 在 53
除 染 作 業 を 阻 む 大 雪 ( 飯 館 村 ) 2013.1.16 54
津 波 の 影 響 が 大 きく 線 量 も 高 い 地 域 ( 双 葉 郡 富 岡 町 ) 2014 年 3 月 27 日 福 島 県 双 葉 郡 富 岡 町 ( 富 岡 駅 前 )にて 撮 影
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屋 根 の 除 染 ( 南 相 馬 市 ) 2012.11.30 高 圧 洗 浄 機 による 除 染 2012.11.30 2012.11.30 57
屋 根 の 除 染 ( 南 相 馬 市 ) 2012.11.30 洗 浄 水 は 放 射 性 物 質 を 含 んでいるため 全 てタンクに 回 収 2012.11.30 58
庭 の 除 染 ( 南 相 馬 市 ) 2012.11.30 2012.11.30 民 家 の 庭 には 大 きな 機 械 を 入 れる ことができないため, 庭 の 除 染 はすべて 作 業 員 の 手 作 業 2012.11.30 59
庭 の 除 染 ( 南 相 馬 市 ) フレコンバッグに 詰 め 込 まれた 土 壌 や 草 木 は, 仮 置 き 場 に 移 動 して 保 管 2012.11.30 表 層 の 土 壌 を 剥 ぎ 取 ったのち, 客 土 を 行 う( 非 汚 染 の 土 を 入 れる) 2013.6.12 60
2015 年 福 島 復 興 支 援 ツアー 低 温 工 学 超 電 導 学 会 多 次 元 拘 束 磁 場 の 発 生 と 物 質 応 答 に 関 する 調 査 研 究 会 2015 年 6 月 14 日 ( 日 )-15 日 ( 月 ) 主 催 : 低 温 工 学 超 電 導 学 会 多 次 元 拘 束 磁 場 の 発 生 と 物 質 応 答 に 関 する 調 査 研 究 会 後 援 : 大 阪 大 学 富 国 生 命 保 険 相 互 会 社 共 同 研 究 複 合 社 会 に 適 応 した 新 生 活 スタイルの 社 会 提 言 に 関 する 研 究 大 阪 エクステンションセンター 61
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放 射 性 セシウムの 分 布 画 像 化 除 染 関 係 ガイドライン 第 2 版 ( 平 成 25 年 5 月 ) 表 面 線 量 率 ;GMサーベイメータ 空 間 線 量 率 ;シンチレーション 式 サーベイメータ(NaI またはCsI) 点 による 測 定 からセシウムの 分 布 を 面 立 体 で 測 定 し 画 像 で 表 示 する 科 学 的 な 方 法 へ 従 来 の 面 的 な 除 染 今 後 はスポット 除 染 へ 再 除 染 への 要 望 ; 重 点 的 な 除 染 セシウムがどこにどれだけ 存 在 しているか 科 学 的 な 真 実 事 実 を 明 らかにすること 68
セシウムの 可 視 化 の 利 点 目 に 見 えることの 大 切 さ; 過 去 に 放 射 性 物 質 を 扱 っ た 経 験 から 幽 霊 を 捕 らえてみれば 枯 れ 尾 花 住 民 の 人 々 リスクコミュニケーションの 手 段 市 町 村 の 放 射 線 アドバイザー; 理 解 納 得 し 安 心 してもらえる 有 効 な 方 法 除 染 業 者 ; 効 率 的 な 除 染 への 第 1 歩 どこから 放 射 線 が 出 ているかを 把 握 市 町 村 の 除 染 担 当 者 ; 除 染 前 後 の 調 査 と 記 録 住 民 への 説 明 保 存 し 経 時 変 化 の 追 跡 汚 染 土 壌 の 減 量 化 と 除 染 にかかる 費 用 の 軽 減 69
Cs-137の 発 するガンマ 線 が 目 で 見 えるカメラの 開 発 針 孔 写 真 機 の 原 理 にもとづく ピンホール 型 のガンマカメラ ( 日 立 東 芝 製 の 旧 型 ) 70
ピンホールコリメータ 方 式 に 基 づく ガンマカメラ 孔 の 大 きさ: 入 射 光 量 と 解 像 度 のバランス 課 題 1:アーチファクト( 偽 像 ; 幻 の 映 像 )の 出 現 課 題 2: 撮 像 時 間 の 長 いこと(20 分 ~40 分 ) 課 題 3: 重 量 30kg 以 上 ( 一 人 では 運 べない) 71
従 来 の ガンマカメラ 針 孔 写 真 機 の 原 理 によるピンホールコリメータ 方 式 72
ピンホール 型 ガンマカメラ(20 分 後 ) 73
セシウムカメラ 光 学 カメラ 放 射 線 源 ガンマ 線 検 出 部 (CsI 結 晶 +PMT) 演 算 部 PC 符 号 化 開 口 マスク
76 符 号 化 多 孔 窓 の 原 理
符 号 化 多 孔 窓 (Coded Aperture)の 例 MURA Modified Uniformly Redundant Array 77
T 町 の 空 き 地 (BGD1.5μSv/h)に 存 在 する 自 然 のホットスポット(Cs-137 換 算 13MBq) 79
比 較 試 験 80
レーザーによる 距 離 測 定 から1m 高 さ の 空 間 線 量 率 ( 増 加 分 )を 計 算 し 表 示 81
除 染 後 のT 町 スポーツセンター 駐 車 場 (BGD 0.5μSv/h) 82
点 線 源 (2MBq Cs-137)から 距 離 5mで5 分 間 撮 像 83
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原 理 ガンマー 線 可 視 化 装 置 の 原 理 ピンホールカメラ コンプトン 散 乱 Coaded Mask 方 式 原 理 的 にもっとも 簡 単 コンプトン 散 乱 の 角 度 と マスクを 通 過 した 光 のパター エネルギーロスから ンから 入 射 方 向 を 決 める 入 射 方 向 推 定 する 特 長 と 欠 点 画 素 数 が 少 ないため 魚 眼 レンズを 使 用 してい 受 光 面 積 が20 倍 程 度 に 空 間 分 解 能 が 悪 い るために 像 が 見 にくい 大 きいので 明 るい 光 量 が 少 ないために 入 射 光 とコンプトン 散 乱 の 光 量 が 多 きいので 感 度 が 良 い 感 度 が 極 端 に 低 い 同 時 計 測 の 為 に 雑 音 に 強 い 遮 蔽 体 構 造 が 複 雑 信 号 量 が 少 ない 環 境 線 量 に 影 響 を 受 ける あまり 影 響 を 受 けない 受 ける 可 能 性 が 有 る
マルチコリメータ 式 ガンマー 線 可 視 化 装 置 64 個 のコリメータ 8 8 個 の 検 出 器 1つの 検 出 器 10mm 10mm 検 出 器 を 円 球 場 に 配 置 87 検 出 器 の 中 心 1 点 に 収 束 総 てのコリメータ 1 点 に 収 束 1つのガンマー 線 の 方 向 を1つの 検 出 器 で 計 測 得 られたパター ンから 併 せて 方 向 を 確 定 する 感 度 が 向 上 する γ 線 検 出 器 CCDカメラ GPS モジュール 計 測 ユニット 処 理 ユニット 小 型 PC 無 線 モジュール バッテリー
ミニサーベイヤ 開 発 したペイロード30kgのミニサーベイヤと 有 線 給 電 での 飛 行 状 態 これにガンマカメラを 搭 載 する 88
災 害 救 急 電 動 ヘリコプタ ミニサーベイ ヤ PAYLOAD 30Kg 給 電 装 置 付 ヘリコプタに 地 上 から 電 線 で 電 気 を 供 給 し 一 定 の 場 所 でホバリングさせる 人 間 操 作 室 遮 蔽 された 密 閉 空 間
今 後 やりたいこと フクシマの 復 興 再 生 は 長 期 に 亘 る 総 力 戦 若 い 後 継 者 の 養 成 福 島 から 世 界 へ 発 信 チェルノブイリ 事 故 による 汚 染 地 域 の 空 白 部 ( 旧 ユーゴスラビア)を 埋 め る 仕 事 90